i

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN

PEMANAS AIR TENAGA SURYA DENGAN

INJEKSI GELEMBUNG UDARA

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1) Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

SHOLICHUL ARIF D 200 050 138

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2011

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA

DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.” Yang dibuat untuk memenuhi

sebagai syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya

ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah

dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau

instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan

sebagaimana mestinya.

Surakarta, Desember 2011

Yang menyatakan,

Sholichul Arif

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir ini berjudul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air

Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara.

Disusun Oleh :

Nama : Sholichul Arif

NIM : D 200 050 138

Telah disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir Untuk dipertahankan di

depan Dewan Penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta pada :

Hari : ………………………………………………

Tanggal : ……………………………………………

Surakarta, Desember 2011

Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping

(Ir. Sartono Putro, M.T) (Amin Sulistiyanto, S.T)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas akhir ini telah disyahkan oleh dewan penguji sebagai salah satu

syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-I Teknik Mesin di JurusanTeknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :

Nama : SHOLICHUL ARIE

NIM : D 200 050 138

Judul : Rancang Bangun Dan Pengujian Pemanas Air

Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara

Disahkan pada :

Hari : ..........................................

Tanggal : ..........................................

Dewan Penguji :

1. Ir. Sartono Putro, M.T. ( )

2. Amin Sulistiyanto, S.T. ( )

3. Nur Aklis, S.T. ( )

Mengetahui,

Dekan, Ketua Jurusan

Ir. Agus Riyanto, M.T. Ir. Sartono Putr

v

MOTTO

Berusahalah dengan sungguh-sungguh, jangan panik. Orang panik mudah putus

asa tapi bila terpaksa kamu putus asa tetaplah berusaha dalam keterputusasaan.

Mantapkan hati, luruskan niat dan berjalanlah walau hanya satu langkah untuk

pijakan langkah selanjutnya dikemudian hari

Berpikir tapi tidak berusaha dan berusaha tapi tidak berpikir adalah penyebab

gagalnya dalam mewujudkan mimpi-mimpi.

Tiada daya dan kekuatan melainkan pertolongan dari ALLAH SWT

vi

PERSANTUNAN

Karya ini merupakan suatu wujud akhirku

dalam mencapai gelar sarjana sebagai tanggung jawab

kepada: :

1. Ayahanda dan Ibunda serta Adik-adikku tercinta

atas do’a jerih payah dan kasih sayangnya

2. Istri dan Anakku tercinta yang selalu memberikan

support

3. Teman-temanku semua yang menyayangiku

4. Almamater yang kubanggakan

5. Dan juga buat kehidupanku

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah, penulis sampaikan kehadirat Allah SWT,

yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulisan

laporan tugas akhir ini yang berjudul: ” Rancang Bangun Dan Pengujian

Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Injeksi Gelembung Udara ” dapat

terselesaikan dengan baik, guna melengkapi tugas dan memenuhi syarat-

syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Berbagai hambatan

dan kesulitan menyertai dalam penulisan ini, namun demikian dengan

bantuan dan doa dari berbagai pihak segala kesulitan tersebut dapat teratasi.

Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis sampaikan ucapan terima

kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

1. Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Sartono putro, M.T.; selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Muhammadiyah Surakarta dan juga selaku Dosen Pembimbing

Utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan bimbingan,

pengarahan dan masukan dengan sabar.

3. Amin sulistyanto, S.T.; selaku Dosen Pembimbing Kedua Tugas Akhir

yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan dengan sabar.

viii

4. Ayah dan Ibunda, Adik-adikku serta Istri dan Anakku Tercinta, atas

perhatian, kasih saying, pengorbanan, dorongan, dan do’a-do’anya.

5. Andi Gandoz, Bimbing dan Heru selaku teman seperjuangan dalam

menyelesaikan penelitian.

6. Teman-teman kost belakang Goro, terima kasih atas kebersamaannya.

7. Pihak-pihak yang secara langsung maupun tak langsung terlibat dalam

menyukseskan penyusunan Tugas Akhir ini.

Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat

bagi semua pihak yang memerlukan walaupun penulis menyadari bahwa

Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Amien

Surakarta, Desember 2011

Penulis

ix

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………. i

HALAMAN PERSETUJUAN ……….…………………………… iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………… iv

HALAMAN MOTTO……………………………………………………. v

HALAMAN PERSANTUNAN…………………………………………. vi

KATA PENGANTAR…………………………………………………… vii

HALAMAN SOAL………………………………………………………. ix

DAFTAR ISI…………………………………………………………….. x

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….. xii

DAFTAR TABEL……………………………………………………….. xiv

DAFTAR SIMBOL……………………………………………………… xv

ABSTRAKSI……………………………………………………………. xvi

BAB I PENDAHULUAN…………………………………………… 1

1.1 Latar Belakang Masalah…………………………… 1

1.2 Rumusan Masalah…………………………………. 4

1.3 Tujuan Penelitian…………………………………… 4

1.4 Batasan Masalah…………………………………… 4

1.5 Manfaat Penelitian…………………………………. 5

1.6 Sistematika Penulisan……………………………... 6

xi

1.7 Metode Pelaksanaan…………………………..….. 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………………… 9

2.1 Kajian Pustaka …………………………………...…. 9

2.2 Landasan Teori…………………………………….... 10

2.2.1 Perpindahan Kalor…………………………… 10

2.2.2 Radiasi………………………………………… 13

2.2.3 Pola Aliran Dalam Pipa……………………… 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN……………………………… 17

3.1 Diagram Alir Penelitian………………………………. 17

3.2 Bahan yang Digunakan Dalam Penelitian………... 18

3.3 Alat-Alat yang Digunakan Dalam Penelitian……… 18

3.4 Tempat Pengujian dan Pengambilan Data……….. 22

3.5 Tahapan Penelitian…………………………………... 23.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………… 24

4.1 Data Hasil Pengujian…………………………………. 24

4.2 Analisa Perhitungan…………………………………. 25

4.3 Pembahasan………………………………………….. 30

BAB V PENUTUP…………………………………………………… 32

5.1 Kesimpulan……………………………………………. 32

5.2 Saran …………………………………………………... 32

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRA

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian …………………………………. 17

Gambar 2. Model pemanas air tenaga surya …………………….. 18

Gambar 3. Thermometer digital dan Termokopel………………… 18

Gambar 4. Thermometer air raksa…………………………………. 19

Gambar 5. Pompa air………………………………………………… 19

Gambar 6. Selang air………………………………………………… 20

Gambar 7. Flowmeter………………………………………………… 20

Gambar 8. Aerator……………………………………………………. 21

Gambar 9. Stopwatch………………………………………………… 21

Gambar 10. Instalasi pengujian……………………………………… 22

Gambar 11. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien

Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan

q=h.A.ΔT…………………………………………… …… 30

Gambar 12. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Koefisien

Perpindahan Kalor (h) Menggunakan Persamaan

𝑞2 = 𝐶𝑝.𝑚.𝛥𝑇 …………………………………………… 30

Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju

Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan

q=h.A.ΔT …………………………………………………. 31

xiii

Gambar 13. Hubungan Debit Udara (Aerator) dengan Laju

Perpindahan Kalor (q) Menggunakan Persamaan

𝑞2 = 𝐶𝑝.𝑚.𝛥𝑇 …………………………………………... 31

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Potensi energy terbarukan di Indonesia……………. 3

Tabel 2. Data hasil pengujian I……………………………………. 24

Tabel 3. Data hasil pengujian II…………………………………… 24

Tabel 4. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan I……………. 28

Tabel 5. Data Hasil Analisis Perhitungan Percobaan II…………… 28

xv

DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang (m2)

Cp = Kalor jenis (kJ/kgoC)

D = Diameter (m)

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m20C)

k = Konduktivitas thermal (W/moC)

L = Panjang (m)

m = Massa aliran (kg/s)

Nu = Bilangan Nusselt

Pr = Bilangan Prandtl

q = Laju perpindahan kalor (W)

Re = Bilangan Reynolds

T = Temperatur (oC)

V = Kecepatan (m/s)

v = Volume spesifik (m3/kg)

ρ = Densitas (kg/m3)

µ = Viskositas dinamik (kg m/s)

xvi

ABSTRAKSI

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh debit

udara terhadap penyerapan kalor serta mengetahui pengaruh penambahan

gelembung udara terhadap koefisiensi perpindahan kalor.

Dalam penelitian digunakan pemanas air dengan ukuran tinggi 5cm,

lebar 60cm dan panjang 100cm. untuk bahan pemanas air digunakan pipa

tembaga dengan diameter dalam 1,46cm, diameter luar 1,6cm dan panjang

pipa 12meter. Pemanas air diletakan secara horizontal, dan fluida dialirkan di

dalam pipa. Eksperimen dilakukan dengan 6 variasi debit udara.

Pengambilan data-data dilakukan selama rentang waktu 30menit, dan

pengujian dilakukan pada pukul 12.00-12.30 WIB pada setiap variasi. Data

yang diambil adalah temperature fluida masuk, fluida keluar pemanas serta

temperature lingkungan.

Berdasarkan hasil eksperimen dan hasil analisa perhitungan pada

percobaan pertama didapatkan bahwa perubahan variasi debit gelembung

udara yang semakain besar maka nilai koefisien perpindahan kalor

cenderung meningkat. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5 unit diperoleh

koefisien perpindahan kalor 12,08 W/m2oC, 12,098 W/m2oC, 12,118 W/m2oC,

12,138 W/m2oC, 13,309 W/m2oC, 12,327 W/m2oC. Sedangakan untuk

perubahan variasi gelembung udara yang semakin besar terhadap

perpindahan panas cenderung menurun. Untuk debit udara 0, 1, 2, 3, 4, 5

unit diperoleh 35,213 W, 32,936 W, 10,997 W, 11,349 W, 20,987, 20,678 W.

Kata kunci : penyerapan kalor, koefisiensi perpindahan kalor,

gelembung udara